JP7150813B2 - 二次ポート付きのムービングコイル型マイクロホン変換器 - Google Patents

Description

本願は、一般に、ダイナミックマイクロホンに関する。特に、本願は、ムービングコイル型マイクロホン変換器の内部音響容積部を最小限に抑えることに関する。

〔関連出願の参照〕
本願は、２０１７年７月１８日に出願された米国特許出願第１５／６５３，２１７号の権益主張出願であり、この米国特許出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。

幾つかの形式のマイクロホンおよび関連変換器、例えば、ダイナミック、クリスタル、コンデンサ／キャパシタ（外部付勢型およびエレクトレット型）などが存在し、これらは、種々の極性応答パターン（カージオイド、スーパーカージオイド、無指向性など）を備えた状態で設計される場合がある。各形式のマイクロホンは、用途に応じてその利点および欠点を有する。

ダイナミックマイクロホン（ムービングコイル型マイクロホンを含む）の一利点は、これらダイナミックマイクロホンが受動型装置デバイスであり、従って作動するのに能動型回路、外部電力、またはバッテリを必要としないということにある。また、ダイナミックマイクロホンは、一般に、堅牢でありまたは頑丈であり、比較的安価であり、しかも水分／湿度の問題の受けやすさが小さく、しかもかかるダイナミックマイクロホンは、音声フィードバック問題を引き起こす前に潜在的に高い利得を示す。これら属性により、ダイナミックマイクロホンは、オンステージユース（舞台上での使用）にとって理想的でありしかも例えば、クローズアップボーカル、ある特定の楽器（例えば、キックドラムおよび他のパーカッション楽器）、および増幅器（例えば、ギター増幅器）からの高い音圧を取り扱うのに好適である。

しかしながら、ダイナミックマイクロホンカプセルは、典型的には、例えば、コンデンサマイクロホンよりも大型である。これは、ダイナミックマイクロホンが典型的には、大きな音響コンプライアンスを採用しまたはダイヤフラムの後ろに広い内部空洞Ｃ₁を採用しているからである。空洞が広いと、ダイナミック変換器の全体的軸方向長さが増大する傾向があり、それにより全体的カプセルサイズが増大するとともにマイクロホンの有効フォームファクタおよび実用的用途が制限される。

したがって、とりわけプロフェッショナルレベルのダイナミックマイクロホン性能を犠牲にしないで向上したフォームファクタを提供するダイナミック型マイクロホン変換器が要望されている。

本発明は、とりわけ、能動ダイヤフラムポートおよび能動ダイヤフラムポートと並列に位置決めされかつ能動ダイヤフラムポートに対してゼロの音響遅延をもたらすよう構成された二次ポートを有するムービングコイル型マイクロホン変換器を提供することによって上述の問題および他の問題を解決するようになっている。この構成は、内部音響コンプライアンス要件を満たすよう外部音響容積部を効果的に用い、それにより変換器の内部空洞容積の最小限化を可能にする。

例えば、一実施形態は、ハウジングと、ハウジング内に支持されていて内部音響空間を備えた変換器組立体とを有するマイクロホン変換器を含む。変換器組立体は、磁石組立体と、磁石組立体に隣接して設けられていて前面および後面を備えたダイヤフラムと、ダイヤフラムの後面に取り付けられていて前面に当たる音響波に応答して磁石組立体に対して動くことができるコイルとを含む。変換器組立体は、内部音響空間とハウジング内に少なくとも部分的に設けられた外部空所との音響連絡関係を確立する一次ポートと、ダイヤフラムの前面のところに配置された二次ポートとをさらに含む。

別の例示の実施形態は、マイクロホンのためのムービングコイル型変換器組立体を含む。変換器組立体は、磁石組立体と、磁石組立体に連結して設けられたダイヤフラムとを含み、ダイヤフラムは、前面および後面を有する。変換器組立体は、後面に取り付けられていて前面に当たった音響波に応答して磁石組立体の磁界と相互作用することができるコイルをさらに含む。変換器組立体は、ダイヤフラムの後面に隣接して設けられた第１の音響経路と、ダイヤフラムの前面を貫通した第２の音響経路とをさらに含む。

別の例示の実施形態は、マイクロホン本体と、マイクロホン本体内に設けられていて内部音響容積部を備えた変換器組立体とを有するマイクロホンを含む。変換器組立体は、ダイヤフラムを含み、ダイヤフラムは、ダイヤフラムの前面を貫通して設けられた少なくとも１つの孔を有する。マイクロホンは、第１の変換器組立体の外部に配置された外部音響容積部をさらに有し、外部音響容積部は、内部音響容積部と音響連絡関係をなしている。

これらの実施形態および他の実施形態、ならびに種々の交換および観点は、明らかであり、以下の詳細な説明および添付の図面から十分に理解され、添付の図面は、本発明の原理を採用することができる種々の仕方を表す例示の実施形態を記載している。

従来のムービング型コイルマイクロホン変換器組立体の全体的トポロジーを示す略図である。 １つまたは２つ以上の実施形態に係る例示のムービングコイル型マイクロホン変換器組立体の全体的トポロジーを示す略図である。 １つまたは２つ以上の実施形態に係る例示のムービングコイル型マイクロホン変換器の断面立面図である。 図３に示されたムービングコイル型マイクロホン変換器の断面斜視図である。 １つまたは２つ以上の実施形態に従ってマイクロホン本体の一部分内に設けられた図３および図４に示されているムービングコイル型マイクロホン変換器の断面斜視図である。 １つまたは２つ以上の実施形態に係る例示のダイヤフラムの斜視図である。 １つまたは２つ以上の実施形態に係るムービングコイル型マイクロホン変換器の断面立面図である。

以下の明細書は、本発明の原理に従って本発明の１つまたは２つ以上の特定の実施形態を説明し、図示し、そして例示している。本明細書は、本発明を本明細書に記載した実施形態に限定するために設けられているのではなく、これとは異なり、当業者が本発明の原理を理解し、そしてその理解によりこれら原理を本明細書において説明した実施形態を実施するだけでなく、これら原理に従って想到できる他の実施形態にも利用することができるような仕方で原理を説明するとともに教示するために設けられている。本発明の範囲は、文言上または均等論に基づいて添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に属することができるかかる全ての実施形態を含むものである。

注目されるべきこととして、本明細書および図面において、同一または実質的にほぼ同じ要素は、同一の参照符号で示される場合がある。しかしながら、場合によっては、これら要素は、例えば、ラベル表示がより明確な説明を容易にする場合には異なる符号でラベル表示される場合がある。加うるに、本明細書において説明する図面は、必ずしも縮尺通りにはなっておらず、幾つかの場合、比率はある特定の特徴を明確に示すために誇張されている場合がある。かかるラベル表示および図面に関する実務は、必ずしも、根源的な実体的目的を意味しているわけではない。上述したように、明細書は、本明細書において教示されるとともに当業者に理解されるように本発明の原理に従って全体として受け取られて解釈されることが意図されている。

図１は、典型的なまたは従来のムービングコイル型マイクロホン変換器１０のトポロジーを示しており、このトポロジーは、本明細書において説明するとともに図２に示された技術に従って設計されているムービングコイル型マイクロホン変換器２０のトポロジーとの比較のために示されている。図１に示されているように、従来型変換器１０は、長さｌ₁を備えた空洞１４の形態をしたダイヤフラム１２の後ろに定められた音響コンプライアンスＣ₁を有する。変換器の外部音響遅延ｄ₁は、ダイヤフラム１２の前面とダイヤフラム１２の後ろにまたは後部に位置決めされた抵抗Ｒ₁で表された一次チューニングポート１６との間の距離によって規定される。ポート１６（「能動ダイヤフラムポート」または「リヤポート」とも呼ばれている）は、内部空洞容積部Ｃ₁と変換器１０のハウジング１８を包囲している外部容積部との音響連絡関係を確立する。変換器１０の後部からの音波の捕捉を表す音響流れ（または経路）は、一次ポート１６を経て音響空洞１４に入る点線１９によって図１に示されている。

空洞コンプライアンスＣ₁に関する値、または内部空洞１４のサイズは、一次ポート抵抗Ｒ₁（「ダイヤフラムチューニング抵抗」または「リヤポート抵抗」とも呼ばれている）および外部音響遅延ｄ₁で決まる。典型的な方向性ムービングコイル変換器は、比較的大きなダイヤフラムを有しているので、ダイヤフラムの前面の端から端までの距離もまた大きく、かくして大きな外部音響遅延ｄ₁が生じる。大きな外部音響遅延ｄ₁は、対応の内部音響遅延によって無効とされ、この対応の内部音響遅延は、外部遅延ｄ₁を期待する方向から近づく音波を打ち消すための位相シフトを生じさせるよう設計されている。内部音響遅延は、変換器の内部空洞容積と関連して働くダイヤフラムチューニング抵抗Ｒ₁によって作られる。特に、内部音響遅延を大きく作るには、内部空洞容積または空洞コンプライアンスＣ₁を高い値に設定するとともにチューニング抵抗Ｒ₁を低い値に設定するのが良い。ダイヤフラムチューニング抵抗Ｒ₁は、変換器の以下の２つの特性のために低い値に設定される。第１に、ダイヤフラムチューニング抵抗Ｒ₁がダイヤフラム容積部速度と直列であると仮定すると、抵抗Ｒ₁は、代表的には、ダイヤフラム運動を臨界的に減衰させるためにはダイヤフラム／コイルシステムの臨界減衰抵抗Ｒ_dに等しい値に設定される。第２に、この臨界減衰抵抗Ｒ_dは、ムービングコイル型マイクロホン変換器が音声帯域幅全体（例えば、２０ヘルツ（Ｈｚ）≦ｆ≦２０キロヘルツ（ｋＨｚ））を再現するためには非常に低い値に設定されなければならない。

かくして、従来のムービングコイル型マイクロホン変換器では、変換器の帯域幅を向上させる（例えば、低いカットオフ周波数をシフトダウンさせる）ためには、ダイヤフラムチューニング抵抗Ｒ₁をＲ_dまで減少させなければならず、しかも空洞コンプライアンスＣ₁をそれに従って増大させなければならない。その結果、典型的な方向性ムービングコイル型マイクロホン変換器１０の内部空洞容積は、比較的大きく、それにより、図１に示されているように変換器１０の全体的軸方向長さｌ₁が増大する傾向がある。この形態は、従来のムービングコイル型マイクロホン変換器にとっては有効フォームファクタおよび用途を制限する。

比較上、図２は、ムービングコイル型マイクロホン変換器２０（本明細書では「変換器組立体」ともいう）を示し、このムービングコイル型マイクロホン変換器２０は、図１に示されたダイヤフラム１２およびリヤポート１６に加えて、諸実施形態に従ってダイヤフラム１２の前面のところに配置された二次チューニングポート２２を含む。抵抗Ｒ_fで表された二次ポート２２は、図２の第２の点線２４によって示されているようにダイアやフラム１２の前部を貫通しかつ中心軸線に沿う第２の音響流れ（または経路）を導入しまたは提供する。加うるに、二次ポート２２は、一次ポート１６に実質的に平行に位置決めされる。かくして、ポート２２，１６は、変換器２０内の２つの平行な音響分岐部または経路（すなわち、各ポートを貫通した１つの経路）を形成し、変換器２０のダイヤフラム１２で分かるように全直列抵抗は、Ｒ₁∥Ｒ_f、または２つの音響分岐部を通る並列等価抵抗（すなわち、Ｒ_f・Ｒ₁／（Ｒ_f＋Ｒ₁））に等しい。

諸実施形態では、変換器２０に対する全直列抵抗は、図１の変換器１０と同様に、ダイヤフラム運動を臨界的に減衰させるためにダイヤフラム／コイルシステムの臨界減衰抵抗Ｒ_d（すなわち、Ｒ_d＝Ｒ₁∥Ｒ_f）に等しく設定される。しかしながら、方向性条件が抵抗Ｒ_fの値によって影響を受けないと仮定すると、変換器１０のダイヤフラムチューニング抵抗Ｒ₁は、変換器１０とは異なり、臨界減衰抵抗Ｒ_dから切り離されるのが良い（例えば、これと等しい必要はない）。例えば、方程式Ｒ_d＝Ｒ₁∥Ｒ_fが満たされる限り、変換器２０は、たとえＲ₁をＲ_d超に増大させた場合であっても、内部音響コンプライアンス要件を依然として満たすことになる。かくして、並列ポート抵抗について適当な値を選択することによって、抵抗Ｒ₁の値を低く設定した臨界減衰抵抗Ｒ_dよりも大きな値まで増大させることができる。

諸実施形態では、変換器２０のダイヤフラムチューニング抵抗Ｒ₁を大きい値に増大させ、それによりダイヤフラムチューニング抵抗と内部空洞容積との上述の反比例関係に起因して、空洞コンプライアンスＣ₂の減少を可能にしまたは内部空洞２６のサイズを小さくすることができる。図２に示されているように、小さな内部空洞容積Ｃ₂を達成するには、ダイヤフラム１２の後ろに形成された空洞２６に関して小さな長さｌ₂（例えば、図１の長さｌ₁と比較して）を選択するのが良い。このように、ポート２２の追加により、内部空洞２６を最小限に抑えることができ、かくしてマイクロホン変換器２０の全体的フォームファクタが減少する。加うるに、二次ポート２２の存在により、マイクロホン変換器２０に関するカットオフ周波数を低くするのを助けることができ、と言うのは、ダイヤフラムチューニング抵抗Ｒ₁を臨界減衰抵抗Ｒ₁のレベルまで下降させる必要がないからである。

諸実施形態では、減少したコンプライアンスＣ₂が変換器２０の帯域幅および方向性（例えば、極性パターン）に悪影響を及ぼすのを阻止するため、マイクロホン変換器２０は、外部音響遅延ｄ₁が不変のままであるように構成される。これを達成するには、音響波の追加の外部遅延を導入させない二次ポート２２に関する位置をダイヤフラム２２に対して（すなわち、ｄ₁に加えて）選択するのが良い。例えば、図２では、二次ポート２２またはこれにより形成された並列音響分岐部は、ダイヤフラム１２の前面の中央と同一場所に配置されまたはこれを貫通して同一場所に配置され（例えば、ダイヤフラム１２の中心軸線上に）、その結果、ダイヤフラム１２の前面と二次ポート２２との間の距離によって定められる第２の外部音響遅延ｄ₂は、ゼロである（すなわち、ｄ₂＝０）。作動中、並列音響経路の配置場所に起因して、変換器２０は、小さな空洞２６にもかかわらず、内部音響コンプライアンス要件を満たすようハウジング１８の外部の容積を有効利用することができる。すなわち、変換器２０は、マイクロホン動作を実施するため、内部音響容積部２６と関連して外部音響容積部を使用する。

かくして、本明細書において説明する技術は、基本的なマイクロホン動作（すなわち、帯域幅および方向性に悪影響を及ぼさないで）ダイヤフラムチューニング抵抗Ｒ₁および内部空洞コンプライアンスＣ₂を調節することができるムービングコイル型マイクロホン変換器２０を提供する。幾つかの場合、内部空洞２６が最小限に抑えられ、その結果、マイクロホンカプセルは、高い音圧レベル（ＳＰＬ）用途（例えば、ギター増幅器、パーカッションなど）について低プロフィールおよび全体的質量を有することができる。他の場合、内部空洞容積部Ｃ₂を調節すると、所望の極性パターン（例えば、一方向性、無指向性、カージオイドなど）を得ることができる。いずれの場合においても、空洞コンプライアンスＣ₂パラメータの調節は、マイクロホン変換器２０に関してチューニングイナータンスＬ₁および／または外部遅延ｄ₁を調節することによって少なくとも部分的に達成できる。

諸実施形態では、二次ポート２２をマイクロホン変換器２０に追加することにより、内部空洞容積Ｃ₂を増大させずに低カットオフ周波数（例えば、ｆ_L＝１１０Ｈｚ）を減少させて却下域を回復させることによって、従来設計の変換器よりも性能を著しく向上させることができる。しかしながら、マイクロホン変換器２０の音響感度（例えば、ｆ＝１ｋＨｚ）は、二次ポート２２の存在および／または減少した内部空洞容積Ｃ₂によって影響を受ける場合がある。特に、マイクロホン感度は、予想される利得係数Ｇだけ減少する場合があり、この場合、Ｇ＝Ｒ_d／Ｒ₁である。例示の一実施形態では、二次ポート２２は、低いかつ高い周波数応答を維持しながら中帯域周波数応答の減少を引き起こす。低い中帯域感度にもかかわらず、マイクロホン変換器２０の全体出力のバランスを一層取ることができ、ある特定の用途については、適当なレベルを優に超える。適当なレベル以上である。例えば、減少した感度は、高音圧レベル（ＳＰＬ）用途（例えば、ギター増幅器、パーカッションなど）または近接状況（例えば、ボーカルなど）あるいは増幅を使用することができる場合、問題にならないと言える。幾つかの場合、低いマイクロホン感度を外部手段、例えば、アクティブ増幅器、最適化磁石回路によって補償することができる。

諸実施形態では、二次ポート２２をダイヤフラム１２に追加することによっては、少なくとも分岐抵抗Ｒ_fがダイヤフラムインピーダンスＺ_mと並列に配置されるので、変換器２０の低インピーダンス特性は、変化しない。その結果、ダイヤフラム１２によって分かる全等価インピーダンスは、Ｒ_f∥Ｚ_mに等しく（すなわち、Ｒ_f・Ｚ_m／（Ｒ_f＋Ｚ_m））、これは、この方程式が並列分岐抵抗Ｒ_fによって支配されるので低い値のままである。上述したように、並列分岐抵抗Ｒ_fは、変換器２０に関する全直列抵抗を臨界減衰抵抗Ｒ_dに等しくまたはこれよりも低く依然として保ちながら（すなわち、Ｒ_d＝Ｒ₁∥Ｒ_f）、ダイヤフラムチューニング抵抗Ｒ₁を臨界減衰抵抗Ｒ_dよりも大きく増大させることができるよう選択されるのが良い。幾つかの実施形態では、並列分岐抵抗Ｒ_fは、臨界減衰抵抗Ｒ_dよりも大きい（すなわち、過剰減衰効果を生じさせる）よう選択され、その結果、ダイヤフラム１２への二次ポート２２の追加により、一方向性ムービングコイル型マイクロホン変換器の音響設計が一方向性コンデンサ型変換器の音響設計に合わせて効果的に単純化される。他の実施形態では、並列分岐抵抗Ｒ_fは、例えば、減衰不足効果が望まれるマイクロホン用途では（例えば、キックドラム型マイクロホンの場合）臨界減衰抵抗Ｒ_dよりも小さいように選択される。さらに他の実施形態では、並列分岐抵抗Ｒ_fは、非隔離型アクティブ変換器に本来的にマッチングされるアクティブ振動打ち消しが得られるよう（例えば、加速度計を用いて）隔離型変換器をもたらすために臨界減衰抵抗Ｒ_dに等しく選択される。

次に図３～図５を参照すると、幾つかの実施形態に係る例示のムービングコイル型マイクロホン変換器３０の断面図が示されている。図示のように、変換器３０は、ハウジング３２および音響波を受け入れるようハウジング３２内に支持された変換器組立体４０を有する。図３および図４では、ハウジング３２およびダイヤフラム４２を含むマイクロホン変換器３０の諸部分が例示目的で透けて見える状態で示されている。諸実施形態では、ハウジング３２は、マイクロホン変換器３０を包囲するとともに図５に部分的に示されている大きなマイクロホン本体３４に結合したマイクロホンカプセルの全てまたは一部をなすのが良い。また、諸実施形態では、変換器組立体４０は、図２に示されたマイクロホン変換器２０と少なくともトポロジー的にほぼ同じであり、この変換器組立体は、上述のマイクロホン変換器２０と同一のまたはほぼ同じ機能性および利点を有する。ある特定の実施形態では、マイクロホン変換器３０は、一方向性マイクロホン動作向きに構成されている。他の実施形態では、マイクロホン変換器３０は、他の動作モード（カージオイド、無指向性など）向きに構成可能である。

変換器組立体４０は、磁石組立体４１および磁石組立体４１に隣接して設けられたダイヤフラム４２を含む。ダイヤフラム４２は、ハウジング３２の前側内面に隣接して設けられた前面４３および磁石組立体４１に隣接して設けられた反対側の後面４４を有する。ダイヤフラム４２の前面４３は、音響波をこれに当てさせるよう構成されている。ダイヤフラム４２の後面４４は、取り付け箇所４６のところでコイル４５に連結されまたは取り付けられている。図示のように、コイル４５は、ダイヤフラム取り付け箇所４６から吊り下げられ、そして磁石組立体４１の側部に触れることなく磁石組立体４１中に延びている。コイル４５は、ダイヤフラム４２の前面４３に当たった音響波に応答して磁石組立体４１の磁界と相互作用することができるようにするためにこのように変換器組立体４０内に位置している。

変換器組立体４０は、内部音響空間４７を備え、この変換器組立体は、内部音響空間４７と変換器組立体４０の外部に配置された外部空洞５０との音響連絡関係を確立しまたは容易にするための少なくとも１つの空気通路またはポート４８を含む。図示のように、外部空洞５０は、ハウジング３２と変換器組立体４０との間に作られた音響空間または容積部を有する。外部空洞５０は、ハウジング３２の外部に配置された音響空間またはマイクロホン変換器３０を包囲した空間をさらに有するのが良い。図示のように、音響ポート４８は、ダイヤフラム４２の外側ブリム（つば）部分５１の下にまたはダイヤフラム４２の後面４４に隣接して形成されている。ダイヤフラムブリム５１の外縁は、磁石組立体４１および／またはハウジング３２の頂部に取り付けられ、他方、ダイヤフラムブリム５１の内縁は、コイル４５に取り付けられ、かくしてダイヤフラム４２のブリム部分５１の下に容積部が作られている。諸実施形態では、音響ポート４８（本明細書では「一次チューニングポート」とも呼ばれる）は、マイクロホン変換器３０の方向性をチューニングするための位相遅延ネットワークの全てまたは一部をなすことができる。図示の実施形態では、２つのポート４８が変換器組立体４０の各側に実現されている。他の実施形態では、変換器組立体４０は、変換器組立体４０の一方の側にのみ単一のポート４８を含むことができる。

磁石組立体４１は、中央に配置された磁石５２を含み、この磁石の極は、ハウジング３２の中央垂直軸線に沿って全体的に垂直に配置されている。磁石組立体４１は、磁石５２から同心状に外方に位置決めされるとともに磁石５２の上方部分の磁極と同一である磁極を有する環状底部磁極片５４をさらに含む。磁石組立体４１は、底部磁極片５４の上方アームに隣接して中央磁石５２の上方に配置された頂部磁極片５６をさらに含む。頂部磁極片５６は、中央磁石５２の上方部分の磁極と逆の磁極を有する。音響波が前側ダイヤフラム４２に当たると、コイル４５は、磁石組立体４２およびその関連の磁界に対して動いて音響波に対応した電気信号を発生させる。電気信号をコイル連結および関連端子リード、例えば、図４に示された電気リード６０または図５に示された電気リード６１により送信することができる。

内部音響空間４７（例えば、上述するとともに図２に示す内部空洞２６とほぼ同じである）は、図３～図５に示されているように、ダイヤフラム４２の後ろにまたは後面４４に隣接して位置した空間、磁石組立体４１と全体として関連した中央空間、および磁石組立体４１の下に配置された後側または裏側空間によって画定されている。内部音響空間４７は、コイル４５の周りに形成された隙間５７またはコイル４５と磁石５２との間の空間およびコイル４５と頂部磁極片５６との間の空間をさらに含む。一次チューニングポート４８（例えば、上述するとともに図２に示すダイヤフラムチューニングポート１６とほぼ同じである）は、内部音響空間４７と外部空洞５０との音響連絡を容易にする。図示の実施形態では、各一次ポート４８は、ダイヤフラム４２の後面４４に隣接して音響流れまたは経路を作るよう磁石組立体４１の頂部磁極片５６（本明細書で「頂部分」ともいう）に設けられた孔である。音響抵抗６２（例えば、上述するとともに図２に示す抵抗Ｒ₁にほぼ同じである）が頂部磁極片５６の２つの部品相互間に設けられており、その結果、ポート４８を通過した音響波が音響抵抗６２に出会うようになっている。音響抵抗６２は、ポート４８のところに音響流れ抵抗を生じさせるための織物（ファブリック）、スクリーン、または他の適当な物質であるのが良い。

諸実施形態では、変換器組立体４０は、ダイヤフラム４２の前面４３のところに配置されていて前面４３を通る音響流れまたは経路を作る二次ポート６４をさらに含む。図示のように、二次ポート６４（例えば、上述するとともに図２に示す二次ポート２２とほぼ同じである）は、ダイヤフラム４２の外側ブリム５１の下に又はその後ろに配置された一次ポート４８と実質的に平行に位置決めされている。二次ポート６４は、図６に示すとともに以下に詳細に説明するようにダイヤフラム４２の前面４３内にまたはこれを貫通して設けられた１つまたは２つ以上の孔で形成されまたはかかる孔を含むのが良い。図示の実施形態では、二次ポート６４は、ダイヤフラム４２によって形成されたドーム６５の中央および／または頂部のところに配置された単一のポートであり、その結果、一次ポート４８と二次ポート６４との間の音響遅延は、ゼロである（例えば、ｄ₂＝０）。ダイヤフラム４２の中央への二次ポート６４の配置により、マイクロホン変換器３０に関する最適のまたは好ましい周波数応答性能を提供することができる。しかしながら、他の場合、二次ポート６４は、他の周波数応答が望ましい場合または許容できる場合、ダイヤフラム４２上のどこか他の場所に配置されても良い。例えば、かかる場合、二次ポート６４は、ダイヤフラム４２を横切って一様に配列されまたはダイヤフラム４２を横切って広げられた同心アレイの状態で配列された複数のポートを含むことができる。

図６は、諸実施形態に従って例示の二次ポート７２（例えば、図３～図５に示された二次ポート６４とほぼ同じである）を有する例示のダイヤフラム７０（例えば、図３～図５に示されたダイヤフラム４２とほぼ同じである）を示している。二次ポート７２は、ダイヤフラム７０を通りかつダイヤフラム７０の下に形成された音響抵抗（例えば、図３～図５に示された音響抵抗６２とほぼ同じである）に実質的に平行な二次音響流れ抵抗（例えば、上述するとともに図２に示す並列ポート抵抗Ｒ_fとほぼ同じである）を生じさせるよう構成されている。

図示の実施形態では、二次ポート７２は、ダイヤフラム７０に対する外部音響遅延を最小限に抑えまたはなくすようダイヤフラム７０のドーム部分７４（例えば、図３～図５に示された中央ドーム６５とほぼ同じである）中央に配置されている。ドーム部分７４は、弾性ブリム７６（例えば、図３～図５に示された外側ブリム５１とほぼ同じである）によって包囲されている。諸実施形態では、ダイヤフラム７０は、ドーム部分７４および弾性ブリム７６が連続材料片で作られるよう一体成形構造体である。ブリム７６の外縁７８は、ダイヤフラム７０を含む変換器組立体、例えば、図３～図５に示されている変換器組立体４０の頂面に取り付けられるのが良い。弾性ブリム７６は、内縁７９のところでドーム部分７４に出会いまたは取り付けられる。内縁７９の後面（例えば、図３～図５に示されている取り付け箇所４６）が変換器組立体のコイル（例えば、図３～図５に示されているコイル４５とほぼ同じである）に取り付けられている。諸実施形態では、１つまたは２つ以上の音響経路が外縁７８と内縁７９との間で弾性ブリム７６の下に配置されたチューニングポート（例えば、図３～図５に示されている一次ポート４８とほぼ同じである）によって形成されている。これら音響経路は、ダイヤフラム４２を貫通して二次ポート７２によって形成された音響経路に実質的に平行である。

図示のように、二次ポート７２は、複数の孔８０で形成されるのが良い。幾つかの実施形態では、孔８０は、例えば、レーザ切断、ダイカットまたは穴をダイヤフラム７２に穴あけしまたは作ることができる他の製造技術を用いてダイヤフラム材料それ自体中に直接パターン付けされまたはこれを貫通して形成される。かかる場合、ダイヤフラム７０のパターン付け部分は、二次ポート７２を通過する任意の音響波に関して二次音響抵抗（例えば、Ｒ_f）として役立つ。他の実施形態では、二次ポート７２は、ダイヤフラム７２を貫通して孔または穴８２を形成し、そして複数の孔８０を含むまたは違ったやり方で第２の音響抵抗（例えば、Ｒ_f）を提供するよう構成された別個の材料片で穴８２を覆うことによって作られる。かかる場合、ダイヤフラム穴８２は、ダイヤフラム７０の一部分を切り出しまたは違ったやり方で除去することによって形成されるのが良い。音響抵抗材料は、グルーまたは他の適当な接着剤を用いて穴８２を包囲しているダイヤフラム材料に取り付けられるのが良い。一例として、音響抵抗材料は、複数の孔８２があらかじめ開けられたスクリーンまたは織物片であるのが良い。かかる実施形態では、音響抵抗材料（本明細書では「有孔材料」ともいう）は、ダイヤフラム７０の質量負荷または音響抵抗材料の追加の質量に起因したマイクロホン変換器の動作の変更を回避するよう軽量かつ低イナータンス材料である。

幾つかの変形実施形態では、第２のマイクロホン変換器組立体が二次ポート６０の追加に起因したマイクロホン変換器３０中の振動を打ち消しまたは振動感度効果を違ったやり方で軽減するようマイクロホン変換器３０に追加されても良い。例えば、マイクロホン変換器３０の音響感度が予想利得Ｇの因子としてスケール変更が行われる（この場合、Ｇ＝Ｒ_d／Ｒ₁）一方で、マイクロホンの振動感度はそうではない。これは、変換器の構造的励振がマイクロホンハンドルの変位、マイクロホンカプセルとの直接的接触、またはマイクロホンベースの他のハンドリングによって引き起こされる「基礎励振（base excitation）」だからである。結果として生じる振動応答またはマイクロホンハンドリングノイズは、二次ポート６４の追加によっては不変のままであることが可能な全体的システム減衰（すなわち、マイクロホン変換器３０の予想ポート４８，６４の並列組み合わせ）で決まる。これとは対照的に、音響励振は、マイクロホン変換器３０の予想ポート４８，６４を通ってまたはこれらを介して起こり、かくして、個々の音響ネットワーク経路を通る減衰で決まる。その結果、二次ポート６４の追加により、二次ポートのない従来型変換器（例えば、図１のマイクロホン変換器１０）と比較して、マイクロホン変換器３０の音響応答を低下させることができる。しかしながら、マイクロホン変換器３０の音響応答が従来型マイクロホン変換器の音響応答に等しいようスケール変更される場合（例えば、マイクロホン利得を調節することによって）、マイクロホン変換器３０の振動変動は、従来型変換器の振動応答よりも高いように見える場合がある。例えば、諸実施形態では、二次ポート６４を備えたマイクロホン変換器３０の振動感度は、同一の音響感度を備えた従来型マイクロホン変換器に対してＧ^-1倍になる場合がある。さらに、ムービングコイル型マイクロホン変換器は、変換器３０と同様、コイル４５の存在に起因した構造的励振の影響をすでに非常に受けやすい。かくして、マイクロホン変換器３０は、二次ポート６４の追加の効果を打ち消すのに振動軽減対策または方式を必要とする場合がある。

次に図７を参照すると、一次変換器によって発生した振動を打ち消すための第２の変換器を用いる１つの振動軽減対策または方式が示されている。具体的に説明すると、図７は、第１のマイクロホン変換器組立体１４０（「一次変換器」ともいう）および第２のマイクロホン変換器組立体２５０（「打ち消し変換器」ともいう）を有する例示のマイクロホン変換器１３０を示している。第１のマイクロホン変換器組立体１４０は、図３～図５に示すとともに上述したマイクロホン変換器組立体４０と実質的に同一であるのが良い。例えば、第１の変換器１４０は、マイクロホン変換器３０の磁石組立体４１、ダイヤフラム４２、およびコイル４５と実質的に同一の磁石組立体１４１、ダイヤフラム１４２、およびコイル１４５を有するのが良い。第１の変換器１４０は、マイクロホン変換器３０の一次ポート４８とほぼ同じ一次音響ポート１４８およびダイヤフラム１４２の中央ドーム部分１６５を貫通していてマイクロホン変換器３０の二次ポート６４とほぼ同一の二次音響ポート１６４をさらに有するのが良い。

応答マッチングおよび他のマイクロホンの設計上の検討事項を単純化するため、第２の変換器組立体２４０は、第１の変換器組立体１４０と実質的に同一であるのが良い。例えば、第２の変換器組立体２４０は、第１の変換器１４０と同一の構造的周波数応答を有するのが良く、この第２の変換器組立体は、第１の変換器１４０と同一の励振軸線に沿って方向づけられるのが良いが、これとは逆の極性を有する。幾つかの場合、第２の変換器２４０は、第１の変換器１４０と同一のムービングコイル型変換器構成を有するのが良い。例えば、第２の変換器組立体２４０は、第１のマイクロホン変換器組立体１４０の磁石組立体１４１、ダイヤフラム１４２、およびコイル１４５と実質的に同一の磁石組立体２４１、ダイヤフラム２４２、およびコイル２４５を含むのが良い。

図示のように、マイクロホン変換器１４０，２４０は、同一のハウジング１３２中に組み込まれるのが良く、その結果、変換器１４０，２４０は、組み込み式振動打ち消し方式を有する単一のマイクロホンカプセルとして協働するようになっている。一次変換器１４０からの振動信号を除去するため、二次変換器２４０の出力は、一次変換器１４０の出力から電気的に「差し引かれ」なければならず、適当な検討事項が全マイクロホン電気出力インピーダンスについてなされる。諸実施形態では、これは２つの変換器を用いたマイクロホンを構成するための２つの機械的／音響的具体化例のうちの一方を用いて達成できる。

２つの変換器を１つのマイクロホンカプセル内に配置するための第１の例示の具体化例では、第１の変換器１４０の内部音響ドメインＣ₂を第２の変換器２４０の内部音響ドメインＣ₃から完全に隔離すること必要があり、その結果、２つの変換器１４０，２４０は、互いに完全に独立する。この具体化例は、ある特定の方向づけ上の制約下において最適である場合があるが、マイクロホンカプセルサイズの最小限化を可能にしない。かくして、第１の具体化例は、小さいフォームファクタを達成しようとする場合には好ましいとは言えない場合がある。

図７は、第２のマイクロホン変換器組立体２４０が第１のマイクロホン変換器組立体１４０の内部音響空洞１４７（または音響ドメインＣ₂）内に配置される第２の例示の具体化例を示している。図示のように、第２の変換器組立体２４０は、少なくともＣ₃＝Ｃ_f＋Ｃ_bの音響ドメインまたは容積を必要とし、この場合、Ｃ_fは、ダイヤフラム２４２の前の容積であり、Ｃ_bは、ダイヤフラム２４２の後ろの容積である。第２の具体化例では、第２の変換器２４０の音響ドメインＣ₃は、第１の変換器１４０の音響ドメインと共有される。空洞Ｃ₂，Ｃ₃は、音響抵抗Ｒ₃を有するポート２９０を通って互いに結合されるのが良く、その結果、第２の変換器１４０は、第１の変換器２４０の一次チューニング容積部Ｃ₂内で動作することができるようになっている。幾つかの実施形態では、打ち消し変換器２４０は、一次変換器１４０内に完全に収納されるのが良く、その結果、第２の変換器組立体２４０を受け入れるのに必要な余分の空間が存在しない。かかる場合、ハウジング１３２は、寸法および形状がマイクロホン変換器３０のハウジング３２と実質的に同一であるのが良い。

図示の形態では、第２の変換器２４０は、第１の変換器１４０の構造的外乱および内部音響外乱に結合されているが、第１の変換器１４０の受ける外部音響外乱からは隔離されるのが良い。これは、一次変換器１４０の内部音響ドメインＣ₂が第１の変換器１４０の一次ポート１４８を通る音響抵抗Ｒ₁に起因して外部音響外乱から部分的に隔離されているからである。それと同時に、意図した帯域幅にわたる空洞インピーダンスは、音圧が空洞Ｃ₂内で一様に変化するようなものである。その結果、Ｃ₂の空洞圧力変動は、打ち消し変換器２４０のダイヤフラム２４２を励振させない（または、もし空洞圧力変動が励振された場合でも、既知の技術を用いて結果として生じる周波数応答においてかかる空洞圧力変動を計算に入れることができる）。さらに、音響抵抗を貫通してポートが設けられた空洞セグメンテーションを追加の角度が必要な場合には使用することができるが、ゼロ遅延ポート１６４を通る抵抗に応じて、一次ポート１４８を通る抵抗Ｒ₁は、隔離可能であるほど大きいのが良い。

諸実施形態では、少なくとも図２を参照して上述したのと同じ理由で、第１の変換器１４０に関する全直列抵抗は、臨界減衰抵抗Ｒ_dに等しくまたはこれよりも低く設定されるのが良く（すなわち、Ｒ_d＝Ｒ₁∥Ｒ_f1）、この場合、Ｒ_f1は、第１の変換器１４０の二次ポート１６４を通る音響抵抗である。振動周波数抵抗のマッチングを提供するため、第２の変換器２４０は、第１の変換器１４０と同一のＲ_dパラメータを有するよう構成されるのが良い。これは、第１の変換器１４０の二次ポート１６４とほぼ同じ第２の変換器２４０のダイヤフラム２４２を通る二次ポート２６４を作るよう上述した技術を用いることによって少なくとも部分的に達成できる。例えば、二次ポート２６４は、複数の穴をダイヤフラム２４２の中央ドーム部分２６５の中央内に作るかまたは別個のスクリーンまたは布を中央ドーム部分２６５を通って設けられた穴を覆って配置する（例えば、図６参照）かのいずれかによって形成されるのが良い。加うるに、第２の変換器２４０は、二次ポート１６４がダイヤフラム２４２の前部からダイヤフラム２４２の背部までの唯一の音響経路を表すよう構成されるのが良くかくして第２の変換器２４０のための全直列抵抗を二次ポート２６４を通る音響抵抗Ｒ_f2に等しくする。その結果、抵抗Ｒ_f2を単に臨界抵抗減衰Ｒ_dに等しく設定することによって（すなわち、Ｒ_f2＝Ｒ_d）、第２の変換器２４０の振動応答を第１の変換器１４０の振動応答にマッチングさせることができる。

諸実施形態では、第１の変換器組立体１４０内部空洞１４７は、第１の変換器１４０の二次ポート１６４を通って抵抗Ｒ_f1を臨界減衰抵抗Ｒ_d以上に増大させ（すなわち、Ｒ_f1＞Ｒ_d）、そして第２の変換器２４０の二次ポート２４６を通る抵抗Ｒ_f2を上述したように臨界減衰抵抗に等しく設定する（すなわち、Ｒ_f2＝Ｒ_d）ことによって、サイズが最小限のままの状態でいることができる（例えば、図３に示された変換器３０の空洞４７のように）。かくして、第１の変換器１４０の既存の内部空洞１４７を用いて第２の変換器２４０を作動的に収容することによって、図示の具体化例は、マイクロホン変換器１３０の小さなマイクロホンカプセルサイズを犠牲にしないで振動打ち消しをもたらすことができる。

幾つかの実施形態では、マイクロホン変換器１３０は、第一次方向性を得る一方で、さらにマイクロホン変換器１３０によって出力された組み合わせ電気信号内の二次変換器２４０からの圧力応答を計算に入れるよう構成されるのが良い。第２の変換器２４０は、二次ポート２６４を通る抵抗Ｒ_f2により効果的にバイパスされるが、二次変換器２４０は、もし計算に入れられなければ、第１の変換器１４０の周波数応答に悪影響を及ぼす場合がありまたは少なくともマイクロホンの曲線パターンに関して最小拒否レベルとして作用する「ノイズフロア」を生じさせる低レベル圧力応答を出力する場合がある。この問題に取り組むための一技術は、一次変換器１４０の極性応答を意図的に「離調」して二次変換器２４０の圧力応答に適合させることによって、一次変換器１４０の極性応答を改変させることであり、その結果、応答信号を差し引いたとき、結果として生じる出力信号は、所望の極性応答である。例えば、デュアル変換器を共有容積部具体化例で用いる一方向性マイクロホンを得るため、一次変換器１４０の個々の応答を所望の極性応答と比較して、無指向性の方へ押しやるのが良く、二次変換器２４０は、低周波数でダイヤフラムの前の空洞内の空洞圧力またはＣ_fに比例する圧力応答を有するのが良い。高い周波数では、音響応答は、第２の変換器２４０によっては悪影響が及ぼされない場合があり、と言うのは、圧力応答の振幅のロールオフが生じるからである。

かくして、本明細書において説明した技術は、従来のムービングコイル型マイクロホン変換器と比較して、低周波帯域幅（例えば、ｆ＝１００Ｈｚ）を犠牲にせずまたはマイクロホンの方向性特性に悪影響を及ぼさないで、ムービングコイル型マイクロホン変換器の内部音響容積を最小限に抑えることをもたらす。

本開示内容は、本技術の真の意図したかつ公平な範囲および精神を限定するのではなく本技術にかかる種々の実施形態をどのように構成して使用するかを説明することを意図している。上記説明は、網羅的であることを意図しておらず、あるいは開示した形態そのものに限定されるわけではない。上記教示に照らして改造または変形が可能である。実施形態は、説明した技術の原理およびその実用的用途の最適な例示を提供するとともに当業者が本技術を種々の実施形態でかつ想定する特定の用途に合わせて種々の改造を施した状態で利用することができるようにするために選択されて説明した。かかる全ての改造および変形は、これらが公平に、法的にかつ均等的に受ける範囲に従って解釈されたときにこの特許出願の係属中に変更可能な特許請求の範囲の記載により定められた実施形態の範囲およびその全ての均等例の範囲内にある。

Claims (28)

1. マイクロホン変換器であって、
   ハウジングを有し、
   前記ハウジング内に支持されていて内部音響空間を備えた第１の変換器組立体を有し、前記第１の変換器組立体は、磁石組立体、前記磁石組立体に隣接して設けられていて前面および後面を備えた第１のダイヤフラム、および前記第１のダイヤフラムの前記後面に取り付けられていて前記前面に当たる音響波に応答して前記磁石組立体に対して動くことができるコイルを含み、
   前記内部音響空間と前記ハウジング内に少なくとも部分的に設けられた外部空所との音響連絡関係を確立する一次ポートを有し、
   前記第１のダイヤフラムの前記前面のところに配置された二次ポートを有し、
   前記第１の変換器組立体と音響連絡関係をなしている第２の変換器組立体を有する、マイクロホン変換器。
2. 前記二次ポートは、前記二次ポートと関連した外部音響遅延が実質的にゼロに等しいよう前記第１のダイヤフラムの前面の中央のところに配置されている、請求項１記載のマイクロホン変換器。
3. 前記二次ポートは、前記第１のダイヤフラムを貫通した少なくとも１つの孔で作られている、請求項１記載のマイクロホン変換器。
4. 前記二次ポートは、前記第１のダイヤフラムの材料中にパターン付けされた複数の孔で作られている、請求項１記載のマイクロホン変換器。
5. 前記二次ポートは、前記第１のダイヤフラムの前記少なくとも１つの孔を覆う有孔材料で作られている、請求項３記載のマイクロホン変換器。
6. 前記二次ポートは、実質的に前記一次ポートに平行に配置されている、請求項１記載のマイクロホン変換器。
7. 前記一次ポートは、前記第１のダイヤフラムの弾性ブリムの下に配置されている、請求項６記載のマイクロホン変換器。
8. 前記一次ポートは、前記磁石組立体の頂部分に設けられた孔である、請求項７記載のマイクロホン変換器。
9. 前記一次ポートと関連した音響抵抗は、前記第１のダイヤフラムの臨界減衰抵抗よりも大きい、請求項１記載のマイクロホン変換器。
10. 前記第２の変換器組立体は、前記第１の変換器組立体の前記内部音響空間内に配置されている、請求項１記載のマイクロホン変換器。
11. 前記第２の変換器組立体は、第２の磁石組立体、前記第２の磁石組立体に隣接して設けられた第２のダイヤフラム、前記第２のダイヤフラムの後面に取り付けられていて前記第２のダイヤフラムの前面に当たった音響波に応答して前記第２の磁石組立体に対して動くことができる第２のコイル、および前記第２のダイヤフラムの前記前面のところに配置された第２の二次ポートを含む、請求項１０記載のマイクロホン変換器。
12. マイクロホンのためのムービングコイル型変換器組立体であって、前記変換器組立体は、
    磁石組立体を含み、
    前記磁石組立体に隣接して設けられたダイヤフラムを含み、前記ダイヤフラムは、前面および後面を有し、
    前記後面に取り付けられていて前記前面に当たった音響波に応答して前記磁石組立体の磁界と相互作用することができるコイルを含み、
    前記ダイヤフラムの前記後面に隣接して設けられた第１の音響経路を含み、
    前記ダイヤフラムの前記前面を貫通した第２の音響経路を含み、
    前記第１の音響経路と関連した音響抵抗は、前記ダイヤフラムの臨界減衰抵抗よりも大きい、ムービングコイル型変換器組立体。
13. 前記第２の音響経路は、前記第２の音響経路と関連した外部音響遅延が実質的にゼロに等しいよう前記ダイヤフラムの中心軸線に沿って配置されている、請求項１２記載のムービングコイル型変換器組立体。
14. 前記第２の音響経路は、前記ダイヤフラムの前記前面および前記後面を貫通した少なくとも１つの孔によって形成されている、請求項１２記載のムービングコイル型変換器組立体。
15. 前記少なくとも１つの孔は、前記第２の音響経路のための音響流れ抵抗を生じさせるよう前記ダイヤフラムの材料中にパターン付けされた複数の孔を含む、請求項１４記載のムービングコイル型変換器組立体。
16. 有孔材料が前記第２の音響経路のための音響流れ抵抗を生じさせるよう前記ダイヤフラムの前記少なくとも１つの孔を覆って設けられている、請求項１４記載のムービングコイル型変換器組立体。
17. 前記第２の音響経路は、実質的に前記第１の音響経路に平行に設けられている、請求項１２記載のムービングコイル型変換器組立体。
18. 前記第１の音響経路は、前記ダイヤフラムの弾性ブリムの下に配置されている、請求項１７記載のムービングコイル型変換器組立体。
19. マイクロホンであって、
    マイクロホン本体を有し、
    前記マイクロホン本体内に設けられていて内部音響容積部を備えた第１の変換器組立体を有し、前記第１の変換器組立体は、第１のダイヤフラムを含み、
    前記第１の変換器組立体の外部に配置された外部音響容積部を有し、前記外部音響容積部は、前記内部音響容積部と音響連絡関係をなしており、
    前記第１の変換器組立体の前記内部音響容積部内に配置された第２の変換器組立体をさらに有し、前記第２の変換器組立体は、第２のダイヤフラムであって、前記第２のダイヤフラムの前面を貫通して設けられた１つまたは２つ以上の第２の孔を有する第２のダイヤフラムを含む、マイクロホン。
20. 前記第１の変換器組立体は、前記外部音響容積部と前記内部音響容積部との音響連絡関係を確立するための一次チューニングポートをさらに含む、請求項１９記載のマイクロホン。
21. 前記第１の変換器組立体は、前記第１のダイアフラムの前面を貫通して設けられた少なくとも１つの孔をさらに含む、請求項２０記載のマイクロホン。
22. 前記一次チューニングポートと関連して音響抵抗は、前記第１のダイヤフラムの臨界減衰抵抗よりも大きい、請求項２１記載のマイクロホン。
23. 前記一次チューニングポートによって形成された第１の音響経路および前記１つまたはそれ以上の第２の孔によって形成された第２の音響経路は、実質的に前記第１のダイヤフラムの中心軸線に平行に設けられている、請求項２１記載のマイクロホン。
24. 前記１つまたはそれ以上の第２の孔は、前記１つまたはそれ以上の第２の孔と関連した外部音響遅延が実質的にゼロに等しいよう前記第２のダイヤフラムの中央を貫通して設けられている、請求項２０記載のマイクロホン。
25. 前記１つまたはそれ以上の第２の孔は、前記第２のダイヤフラムの前記中央を通る音響流れ抵抗を生じさせるよう構成された複数の孔を含む、請求項２４記載のマイクロホン。
26. 前記１つまたはそれ以上の第２の孔は、前記第２のダイヤフラムの前記中央を通る音響流れ抵抗を生じさせるよう構成された有孔材料によって覆われている、請求項２４記載のマイクロホン。
27. 前記一次チューニングポートと関連した音響抵抗は、前記第１のダイヤフラムの臨界減衰抵抗よりも小さい、請求項２０記載のマイクロホン。
28. 前記少なくとも１つの孔は、前記少なくとも１つの孔と関連した外部音響遅延が実質的にゼロに等しいよう前記第１のダイヤフラムの中央を貫通して設けられている、請求項２１記載のマイクロホン。

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